گذرگاه USB چگونه کار می‌کند؟

کنترل کننده‌ی USB که شامل مجموعه‌ای از اتصالات و تراشه‌های اختصاصی است به عنوان رابط بین نرم‌افزار و سخت‌افزار عمل می‌کند. برنامه‌های کاربردی , سیستم‌عامل و راه‌اندازهای دستگاه ـ که جزئیات مربوط به نحوه‌ی کار وسایل سخت‌افزاری بخصوص را فراهم می‌کنند ـ دستورات و داده‌ها را به هاب میزبان (Host Hub) گذرگاه USB می‌فرستند. این هاب بر روی کنترل کننده قرار دارد.
اتصال دهنده‌ها یا درگاه‌های ویژه‌ی USB از هاب میزبان خارج می‌شوند. در حقیقت Hub فیش کابل‌های چهار سیمه (کابل‌هایی که درون آنها از چهار سیم استفاده شده است) را به درگاه‌های مناسب وصل می‌کند.

اتصال دهنده‌ها یا درگاه‌های ویژه‌ی USB از هاب میزبان خارج می‌شوند. در حقیقت Hub فیش کابل‌های چهار سیمه (کابل‌هایی که درون آنها از چهار سیم استفاده شده است) را به درگاه‌های مناسب وصل می‌کند.
یک کابل ممکن است به هاب دیگری وصل شود تنها به این منظور که درگاه‌های بیشتری را برای اتصال وسایل فراهم کند. به این ترتیب نوعی از یک سیم توسعه دهنده دیجیتالی به وجود می‌آید.
یا این که ممکن است یک کابل ؛ مستقیما به یک وسیله‌ی USB مانند مانیتور وصل شود. گذرگاه USB تقریبا از اتصال به هرگونه وسیله‌ی جانبی مانند مانیتور , ‌صفحه کلید , ماوس,مودم , بلندگو , میکروفن , تلفن , اسکنر وچاپگر پشتیبانی می‌کند. دو عدد از سیم‌های موجود در کابل USB برای تامین جریان الکتریسیته‌ی وسیله جانبی استفاده می‌شوند. با وجود این دو سیم ؛ دیگر به منبع تغذیه‌هایی که فضای زیادی را اشغال می‌کنند نیازی نیست. دو سیم دیگر موجود در کابل چهار سیمه , D+ و D- نام دارند. از این سیم‌ها برای ارسال داده‌ها و دستورات استفاده می‌شود. وجود یک ولتاژ بالا بر روی سیم D+ و عدم وجود آن بر روی سیم D- به معنای یک بیت 1 می‌باشد. وجود یک ولتاژ بالا بر روی سیم D- و عدم وجود آن بر روی سیم D+ به معنای یک بیت 0 می‌باشد.
هر وسیله‌ی USB ممکن است دارای هابی باشد {که از آن اتصال به وسایل دیگر استفاده شود}. برای مثال یک مانیتور درگاه‌هایی را فراهم می‌کند که بلندگوهای چندرسانه‌ای , میکروفن و صفحه کلید به آنها وصل می‌شوند.
به همین ترتیب هر کدام از وسایلی که به یک وسیله‌ی USB وصل می‌شوند می‌توانند برای وسایل سخت‌افزاری USB دیگر درگاه‌های بیشتری را فراهم کنند.
برای مثال می‌توان ماوس و قلم دیجیتالی را به صفحه‌ کلیدی وصل کرد که خود به یک مانیتور متصل به هاب میزبان وصل می‌باشد. چنین سیستمی که امکان انشعاب اتصالات را فراهم می‌کند به گذرگاه USB اجازه می‌دهد تا بیش از 127 وسیله را اداره نماید.
وقتی یک وسیله‌ی USB به درگاهی وصل می‌شود به طور خودکار باعث تغییر ولتاژ بر روی یکی از دو سیم داده‌ای موجود در کابل USB می‌گردد. اگر ولتاژ از طریق سیم D+ ارسال شود در آن صورت به وسیله‌ی جانبی دریافت کننده‌ی آن ولتاژ یک وسیله‌ی سرعت بالا گفته می‌شود. چنین وسیله‌ای قادر به ارسال 12مگابیت داده در ثانیه است. از این سیم برای ارسال داده به مانیتورها , اسکنرها , چاپگرها و سایر وسایلی که حجم بالایی از داده به آنها ارسال می‌شود استفاده می‌گردد. ارسال ولتاژ ازطریق سیم D- به این معنی است که این ولتاژ با سرعت انتقال پایینی معادل 5/1 مگابیت در ثانیه دریافت می‌شود. از این سیم برای انتقال داده به وسایلی چون صفحه کلید یا ماوس استفاده می‌شود. ( یک درگاه سری معمولی در مقایسه با گذرگاه USB می‌تواند 100 کیلوبیت داده در ثانیه و یک درگاه موازی حدود 5/2 مگابیت داده در ثانیه ارسال نماید).
کنترل‌کننده میزبان USB با استفاده از فن‌آوری اتصالات و اجرا (Plug and play) , که پیکربندی اجزای درونی کامپیوتر را به طور خودکار فراهم می‌کند , یک وسیله‌ی جدید را قادر می‌سازد تا خودش را شناسایی کرده و آن‌چه را که برای ارسال و دریافت داده نیاز دارد دریابد. علاوه بر این ,‌کنترل‌کننده‌ی مذکور برای آن وسیله شماره‌شناسایی تعیین مینماید. وقتی وسیله‌ی جدید رسما یکی از اعضای گذرگاه می‌شود. نقش کنترل‌کننده‌ی میزبان را بازی می‌کند. یعنی به پرس‌وجو از وسایل دیگر می‌پردازد تا اگر وسیله‌‌ای آماده‌ی ارسال یا دریافت داده است فرمان‌های لازم را توزیع کند و پهنای باند را بین وسایلی که او نقش کنترل‌کننده برای آنها ایفا می‌کند تقسیم نماید. کنترل‌کننده در هر ثانیه حدود یک میلیون بار از وسایل جانبی موجود بر روی گذرگاه USB پرس‌وجو کرده یا به آنها دستور می‌فرستد. هر یک از پیغام‌هایی که از سوی کنترل‌کننده‌ی میزبان ارسال می‌شوند با یک علامت (Token) شروع می‌گردد. این علامت وسیله‌ی جانبی که پیغام برای آن فرستاده شده است را شناسایی می‌کند. پیغام به تمام وسایل موجود بر روی گذرگاه USB ارسال می‌شود اما وسایلی که پیغام به آنها مربوط نمی‌شود به سادگی آن را نادیده می‌گیرند تنها وسایل می‌توانند داده‌ای را به میزبان بفرستند که میزبان به آنها اجازه این کار را داده باشد.
درگاه USB با سه نوع از انتقال‌ها در ارتباط است و تخصیص پهنای باند را به ترتیب زیر انجام ‌می‌دهد:
اولویت اول : از این اولویت در انتقال بلادرنگ که وقفه‌ای در جریان داده‌ای پدید نمی‌آید مانند داده‌های تصویری یا صوتی استفاده می‌شود.
اولویت دوم : از این اولویت در انتقال‌های منقطع استفاده می‌شود. این نوع انتقال وقتی روی می‌دهد که وسیله‌ای مانند صفحه‌کلید یا Joystick برای جلب توجه پرداشگر ؛ سیگنالی را تولید می‌کند که گاه و بی‌گاه قطع می‌شود.
اولویتی که فوریت زمانی در آن وجود ندارد : این نوع از انتقال شامل حجم زیادی از داده‌ها برای چاپگرها , اسکنرها و دوربین‌های دیجیتالی می‌شود. در این نوع انتقال حجم داده‌ها زیاد است اما هیچ عجله‌ای در دریافت آنها وجود ندارد.

 منبع : مجله کامپیوتر جوان شماره 60